陸基中段導彈防御系統(Ground-based Midcourse Defense)是從陸地平臺對敵方彈道導彈進行探測和跟蹤,然后發射攔截器,在敵方彈道導彈處于中段飛行階段時將其攔截的反導系統。
中段反導攔截系統一般由攔截導彈、雷達或衛星等傳感器組成的預警網和戰斗管理系統組成。中段攔截實際就是利用預警探測網探測到的彈道導彈火箭發動機關機點的最后方向和速度,計算出導彈以后的飛行彈道,然后在其進入再入階段前實施攔截。對于中程以上導彈的中段攔截,往往是在大氣層外空間發生的。
截至2023年,掌握以遠程彈道導彈和洲際彈道導彈為攔截目標的中段反導技術的只有中美俄三國。美國的陸基中段防御”系統研制于1997年,2010年1月11日,中國首次中段反導試驗圓滿成功,使中國成為繼美國之后,世界上第二個掌握該項反導技術的國家。陸基中段反導系統成為大國構建自身反導體系的最重要一環,是擁有真正意義上反導能力的標志。
發展狀況
美國
美國的“陸基中段防御”系統(GMD)研制于1997年,主要對來襲導彈實施高層中段攔截,重點是保護美國本土免遭戰略彈道導彈的襲擊。
2002年10月14日,一枚陸基攔截導彈(GMD)從Ronald Reagan防御基地發射到太平洋上空225 km處摧毀一枚練習彈頭。測試目標包含三個誘餌彈。此后,陸基攔截導彈又連續進行了多次試驗。
2021年9月12日,MDA就曾使用GBI搭載EKV進行過“二級模式”的飛行測試,當時MDA就已經宣布,這種新的助推能力被稱作“二/三級可調GBI”。不過當年的測試僅包含GBI助推飛行器的發射及EKV攔截器的分離飛行部分,并未實際進行靶標攔截。
2023年12月11日進行的測試中,美國導彈防御局用于國土導彈防御的一枚最新型陸基反導攔截彈攔截了一枚中程彈道導彈。這種新型陸基攔截導彈是陸基中段反導系統的一部分。測試的陸基攔截導彈是在美國加利福尼亞州范登堡空軍基地發射的。陸基中段反導系統由陸基攔截導彈組成,其中大部分位于阿拉斯加州格里利堡的地下發射井中。
中國
20世紀初,中國的反導技術研究進入新階段,科研團隊突破了多項核心關鍵技術。2010年1月11日中國首次成功進行了陸基中段反導攔截試驗,使中國成為繼美國之后,世界上第二個掌握該項反導技術的國家。2013年1月27日,中國第二次陸基中段反導攔截試驗又取得成功。
2018年2月5日,中國在境內進行了一次陸基中段反導攔截技術試驗,試驗達到了預期目的。2021年2月4日,中國在境內再次進行了一次陸基中段反導攔截技術試驗,試驗達到了預期目的。次年6月19日,中國在境內進行了一次陸基中段反導攔截技術試驗,試驗達到了預期目的。2023年4月14日,中國在境內再次進行陸基中段反導攔截技術試驗,試驗達到了預期目的。
俄羅斯
1975年,蘇聯決定研制“阿穆爾”俄羅斯A-135戰略反導系統。該系統直到1995年才在莫斯科投入使用。
2021年俄羅斯在將俄羅斯A-135戰略反導系統升級為A-235,系統包括戰略預警系統、多種反導攔截彈和指揮控制系統等,該系統攔截彈包括53T6M、“努多爾”等,53T6M主要用于末端反導,“努多爾”主要用于中段攔截,并且還具備反衛星能力。
典型攔截過程
陸基中段反導攔截系統一般由攔截導彈、雷達或衛星等傳感器組成的預警網和戰斗管理系統組成,用來對敵方彈道導彈進行探測和跟蹤,然后從地上或海上發射攔截器,在敵方系統的彈道導彈尚未到達本土之前,對其攔截并將其戰斗部摧毀。
美國中段攔截的預警探測過程如下:駐留在赤道附近的DSP衛星紅外傳感器首先發現導彈尾焰紅外信號,然后發出導彈發射警報,將信號傳遞給戰區內的聯合戰術地面站(JTAGS)、澳大利亞的海外地面站和美國本土夏延山的北美防空防天司令部、美國航天司令部預警中心,進行數據融合與處理,得出導彈大致的飛行方向,判定導彈的大致發射點與落點,然后北美防空防天司令部將初步信息傳達到相應方向的地基和海基X波段雷達和彈道下方海域的執勤“宙斯盾”艦,接力探測彈頭,從而繪出三維空間飛行軌跡,并將這些導彈信息傳送給阿拉斯加格里利堡和加利福尼亞范登堡空軍基地的地基攔截彈火控系統,或“宙斯盾”艦的“標準”3火控系統。
美國陸基中段反導系統的攔截過程如下:陸基攔截彈(GBI)發射升空后,遠程跟蹤雷達不斷保持對敵方彈頭和己方攔截彈的跟蹤,并引導己方攔截彈進行攔截;陸基攔截彈(GBI)在達到適當的高度、速度后,進行彈體分離,釋放大氣層外動能攔截彈頭(EKV);EKV上搭載有紅外導引頭,變軌推進器等;在紅外導引頭截獲敵方彈頭后,EKV進行變軌機動使自己的飛行軌道與敵方彈頭的飛行軌道交匯,最后直接將敵方彈頭撞毀。
技術優勢
多次攔截
中段反導可多次攔截以提高攔截成功率。彈道導彈在助推段后即進入飛行中段,而要攔截助推段是要將攔截和探測系統前置到導彈發射區域。而作為攔截系統最早可以攔截的時機便是導彈的中段飛行階段。這樣做也可以為后續的攔截預留充足的準備時間。
覆蓋范圍廣
中段攔截的高度大,覆蓋范圍廣。這是因為中段攔截是從導彈源頭實施攔截,而在導彈射角一定的情況下,此時射向變換距離較小。如果進入末段,在相同射向角的情況下,射向變換距離較大,彈頭飛行范圍也較大,需要多個系統實施攔截。
附帶傷害小
中段攔截可減少附帶傷害。因為中段攔截多發生在外太空,碰撞后的碎片殘骸會在墜入大氣層的過程中燃燒盡。這一點對來襲導彈帶有生化彈頭尤其有效。
目標特性簡單
中段攔截時目標導彈的速度相對是最低的,彈道相對平穩和固定,這有利于攔截彈跟蹤目標導彈。中段攔截發生的太空中背景較為單純,溫度也較低,有利于攔截彈上的紅外導引頭盡快發現和鎖定溫度較高的彈頭目標。
技術難點
中段攔截這一段的速度由于非常快,而攔截彈要進行動能的撞擊,就是發射的攔截彈要和對方發射的洲際彈道導彈的彈頭,要對撞在一起。而且這種攔截方式首先要進行識別,還要判斷它的軌跡、速度,然后還要對它進行跟蹤,然后再發射攔截彈對它進行動能撞擊。?
探測難
反導系統工作過程中越早探測發現目標,留給反導攔截彈的工作時間就越充裕,攔截可能就越大。例如,固體燃料導彈的助推段時間一般為170秒,液體燃料導彈的助推段時間一般為240秒。俄羅斯液體的SS-18導彈助推段工作時間為300秒,美國固體的MX導彈助推段工作時間為180秒。也就是說,天基紅外系統必須利用這一短暫時間發現導彈尾焰信號,發出警報。
跟蹤難
攔截彈飛行速度要足夠快
因為中段攔截系統的攔截點將在大氣層外數十到數百千米的范圍內,而反導系統的探測、信息傳輸處理及指令下達就需要耗費數十秒的時間。而且在進入中段后,彈道導彈已經完成助推段的加速。此時攔截彈發射后需要與目標彈搶時間,因此攔截彈需要有足夠高的初始速度,以保證在大氣層外相遇。關機速度成為衡量攔截導彈攔截能力的重要指標,關機速度越高,導彈攔截能力越強。高速火箭發動機是這一問題的關鍵,這需要解決高燃燒值燃料的生產、特殊火藥柱型的設計和耐高溫燃燒室的材料等一系列問題。
攔截彈頭要足夠靈活
在接近目標導彈后,導彈彈頭要足夠靈活,機動到與目標彈道的交會點。此時導彈已經飛出大氣層,防空導彈中的空氣機動方式已經無效,只能設計專門的姿態控制火箭發動機,這需要掌握先進的空間矢量火箭技術。
導引頭反應速度要足夠快
中段反導攔截大多使用紅外或雷達導引頭。由于攔截彈頭要在太空中很短的時間內發現、跟蹤和鎖定目標彈頭,因此導引頭一方面需要較大的視場,在遠處可以發現目標,并將快速移動的目標納入視場,另一方面需要導引頭鎖定目標信號,并快速跟蹤目標。
識別難
在中段攔截中最難解決的就是誘餌彈頭的識別問題,因為在這一飛行段中投放誘餌是最容易的。中段處于太空中,在地面中殘留有極少氣體的氣球在進入太空后,由于失去了大氣壓強,可以迅速膨脹為飽滿的氣球,所以許多國家都在這一階段投放外觀與彈頭類似的氣球。這些氣球表面涂有金屬錫箔涂層,可以反射雷達信號,并可以在內部加裝加熱裝置,使其具有真彈頭的熱紅外特征。而太空中幾乎沒有空氣阻力,它們可以伴隨真彈頭一同飛行,這使火控雷達和攔截彈紅外導引頭無法區別真假。當然這種誘餌在進入大氣層后,很快會被大氣阻礙而被過濾掉,落在質量較大的真彈頭后面,這種誘餌在末段是無能為力的。識別這種誘餌需要發展大功率的X波段雷達,因為X波段可以穿透大部分的氣球薄壁,從而分別出真彈頭。此外,還需要進行多次反誘餌攔截試驗,從而積累一定的經驗,制定科學的識別算法。這就是美國不斷進行反彈道導彈攔截試驗的一個重要原因。
碰撞難
一般防空和反導彈頭都采用破片殺傷方式,這種方式破壞威力大,而且只需接近目標爆炸,無需碰撞目標就可以破壞彈頭。但這種方式必須把爆炸物和彈丸投送到目標高度,再加上復雜的制導、姿控系統,攔截導彈的載荷就會很大。實際上由于攔截彈頭速度非常高,利用其本身的質量就可以高速撞擊摧毀目標,這樣可以減少彈頭質量,使彈頭可以攔截更高的目標,并能靈活機動地跟蹤目標。目前美國等發達國家都將動能碰撞,即“碰撞-殺傷”技術作為反導技術的優先項目。
系統部署
美國是擁有類型最多、數量最多中段反導系統的國家。2004年7月22日,第一具陸基攔截系統部署于阿拉斯加州,截至2021年2月共在加利福尼亞州范登堡空軍基地和阿拉斯加州格里利堡部署了44枚地基攔截彈(GBI)。
相關評價
陸基中段反導系統成為大國構建自身反導體系的最重要一環,是擁有真正意義上反導能力的標志。(中國青年報 評)
只有中美俄三國獨立研制了中段反導系統,可見其技術復雜程度之高。(澎湃新聞 評)
中國作為周邊彈道導彈威脅最為嚴重的國家,發展中段反導攔截系統是效率較高的一個選擇。如果此次攔截(2009年1月11日)是在西部靶場,而且如媒體宣稱的那樣,沒有使用天基預警系統或大型地面雷達,而像“宙斯盾”這樣的中型雷達的探測高度只能支持200 千米以下的攔截,考慮到試驗能力的富裕部分,因此可以判斷此次攔截高度應在150 千米左右。這次試驗說明中國在一定程度上已經掌握了地基中段反彈道導彈技術,不但使中國身于世界反導俱樂部,還會像40 多年前中國爆炸首顆原子彈而成為遏制世界核惡魔的和平力量一樣,使中國將再次成為遏制全球反導建設浪潮的一支有生力量。(《兵器知識》 評)
中段反導技術復雜程度是非常高的,也是非常難的。首先是在這一階段導彈已經飛出大氣層,高度高,距離遠,飛行速度很快,速度往往在10幾倍甚至20幾倍聲速以上,需要研制專門的攔截彈,這需要高性能的固體火箭發動機技術和制導技術,技術水平一般的國家很難搞定。(北京航天情報與信息研究所戰略信息咨詢中心主任吳勤 評)
參考資料 >
美國陸基中段防御威脅控制區解析.《現代防御技術》編輯部.2023-12-16
中段反導,有必要科普的三個問題.新華網.2023-12-16
漲知識!關于陸基中段反導攔截技術,你想了解的都在這里→.央視網.2023-12-16
為什么是中段攔截?解讀中段反導攔截系統.中國數字科技館.2023-12-27
反導試驗“五連勝” 中國中段反導技術走向何方?.新華網.2023-12-16
中美俄三國,反導系統哪家強.人民網.2023-12-16
觀察|字少事大!中國成功試驗中段反導,若部署意義有多大.澎湃新聞.2023-12-16
GMD陸基中段導彈攔截系統.鳳凰網.2023-12-16
美國首次使用GBI“二級模式”搭載EKV進行攔截測試.騰訊網.2023-12-16
美首次測試新陸基中段反導攔截彈,能力提升幾何?.今日頭條.2023-12-16
中美同時反導試驗差距驚人 新華社消息震動全球.米爾社區.2013-01-29
中國成功進行陸基中段反導攔截技術試驗.國防部:中國成功進行陸基中段反導攔截技術試驗.2018-02-06
中國成功實施陸基中段反導攔截技術試驗.澎湃新聞.2021-02-05
中國成功實施陸基中段反導攔截技術試驗.中華人民共和國國防部.2022-06-20
中國成功實施陸基中段反導攔截技術試驗.央視網.2023-12-16
“鐵布衫”功夫哪家強?專家詳解中美俄三國反導技術發展.中國軍網.2023-12-16
為什么是中段攔截?解讀中段反導攔截系統.中國數字科技館.2023-12-16